(57)【要約】【課題】  種々の材質の金属材を磁気加熱にて均一に急速に加熱する磁気加熱装置を提供する。【解決手段】  被加熱物６を鉄損による発熱作用にて所定温度まで加熱し熱処理を行う磁気加熱装置において、積層された電磁鋼板で磁気的に結合され空隙部２０を有する主鉄心１、２、３、上記主鉄心に周回状に取り付けられた加熱コイル４、５、上記主鉄心の空隙部に補助鉄心１４、１５を介して配設された被加熱物６、上記加熱コイルに交流を印加する電源装置７、上記電源装置の発生する電圧および周波数を設定する制御装置８、上記加熱コイルに供給される電流を測定する電流検出器１１、上記被加熱物を貫通する磁束量を検出する磁束検出器１７、および上記被加熱物の温度を検出する温度検出手段１０を備えた構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を鉄損による発熱作用にて所定温度まで加熱し熱処理を行う磁気加熱装置において、積層された電磁鋼板で磁気的に結合され空隙部を有する主鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられた加熱コイル、上記主鉄心の空隙部に補助鉄心を介して配設された被加熱物、上記加熱コイルに交流を印加する電源装置、上記電源装置の発生する電圧および周波数を設定する制御装置、上記加熱コイルに供給される電流を測定する電流検出器、上記被加熱物を貫通する磁束量を検出する磁束検出器、および上記被加熱物の温度を検出する温度検出手段を備えたことを特徴とする磁気加熱装置。
【請求項２】
被加熱物を溶接する前に鉄損による発熱作用にて所定温度まで加熱する磁気加熱装置において、積層された電磁鋼板で磁気的に結合され空隙部を有する主鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられた加熱コイル、上記主鉄心の空隙部に補助鉄心を介して配設された被加熱物、上記加熱コイルに交流を印加する電源装置、上記電源装置の発生する電圧および周波数を設定する制御装置、上記加熱コイルに供給される電流を測定する電流検出器、上記被加熱物を貫通する磁束量を検出する磁束検出器、および上記被加熱物の温度を検出する温度検出手段を備えたことを特徴とする磁気加熱装置。
【請求項３】
被加熱物を溶接した後に鉄損による発熱作用にて所定温度まで加熱する磁気加熱装置において、積層された電磁鋼板で磁気的に結合され空隙部を有する主鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられた加熱コイル、上記主鉄心の空隙部に補助鉄心を介して配設された被加熱物、上記加熱コイルに交流を印加する電源装置、上記電源装置の発生する電圧および周波数を設定する制御装置、上記加熱コイルに供給される電流を測定する電流検出器、上記被加熱物を貫通する磁束量を検出する磁束検出器、および上記被加熱物の温度を検出する温度検出手段を備えたことを特徴とする磁気加熱装置。
【請求項４】
上記主鉄心は、固定された第２の鉄心と、上記第２の鉄心に対して空隙部を介して対向配置され、上記空隙部の高さを調整するために移動可能に構成された第１の鉄心と、上記第１の鉄心および第２の鉄心と磁気的に結合され、移動可能に構成された第３の鉄心とで構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の磁気加熱装置。
【請求項５】
上記補助鉄心は、上記被加熱物と同一の磁気的材質で構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の磁気加熱装置。
【請求項６】
上記補助鉄心は、上記被加熱物を貫通する磁束の貫通方向と直角な方向に対して上記被加熱物と同一の断面形状を有することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の磁気加熱装置。
【請求項７】
上記補助鉄心は、冷却用の水冷パイプを有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の磁気加熱装置。
【請求項８】
上記被加熱物は強磁性体であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の磁気加熱装置。
【請求項９】
上記被加熱物は常磁性体であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の磁気加熱装置。
【請求項１０】
上記制御装置は、上記被加熱物の磁気的材質に応じて上記電源装置から供給される電圧および周波数を決定して指令することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の磁気加熱装置。
【請求項１１】
上記制御装置は、上記被加熱物の温度が磁気変態点に達した時に周波数を変更する指令を出すことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項または請求項１０記載の磁気加熱装置。
【請求項１２】
加熱の終了時には、上記加熱コイルに印加する電圧を段階的に減少させて上記被加熱物の残留磁気を低減させることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項または請求項１０もしくは請求項１１記載の磁気加熱装置。
【請求項１３】
上記被加熱物の炭素含有量に応じて、上記被加熱物の加熱目標温度を決定することを特徴とする請求項２または請求項３記載の磁気加熱装置。
【請求項１４】
上記被加熱物の合金含有量に応じて、上記被加熱物の加熱目標温度を決定することを特徴とする請求項２または請求項３記載の磁気加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属材の熱処理、または金属材の溶接工程の予熱または後熱に使用される磁気加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の金属材用加熱装置は、金属の磁気的な発熱作用を利用したものがいくつか提案されている。例えば空隙部を有する高透磁率のコアを用いて磁気的なループを形成し、空隙部中に置かれた金属材を磁化による発熱作用で加熱するものであった。（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３１８１６２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の金属材用加熱装置は、空隙部におかれた被加熱物を貫通する磁束を発生させるコア(鉄心)の断面形状が被加熱物の断面形状とは異なるものであるため、被加熱物の内部での磁束の分布が均一にならず、磁束の分布にほぼ比例する磁気的な発熱分布も均一でなかった。
【０００５】
被加熱物である金属材の寸法が比較的小さい場合は、発熱分布が均一でなくても熱伝導により結果的にほぼ均一に昇温させることができたが、寸法の大きい被加熱物を処理する場合には熱伝導による均一な昇温が困難であり、また磁束の貫通する方向と直角な方向に対する断面積が一定でない被加熱物の場合には発熱分布自体が均一にならず、やはり均一に昇温しないという問題点があった。
【０００６】
また、被加熱物の磁化による発熱効果は磁気ヒステリシス損と渦電流損によるものであるため、金属材の材質、温度および供給する電源の電圧、周波数によって変化する。
従って、被加熱物が磁性体の場合には、被加熱物内の磁束密度が飽和しない値にすると共に、可能な最大の電力を供給できるように適切な周波数、電圧を設定する必要があるが、特許文献１に示された装置では、この面からの配慮がされていなかった。
【０００７】
また、磁性体の磁気変態点を超えるような加熱の場合や、被加熱物が非磁性体である場合は、磁性体を加熱する場合に比べて磁気ヒステリシス損の割合が著しく減少するため、渦電流損による発熱を最大限に利用する必要があるが、磁性がないため渦電流の浸透深さが大きくなる結果、磁気変態点以下の磁性体の場合に比べて周波数を高くする必要がある。
しかし、特許文献１に示された装置は、この点についても考慮されていないという問題点があった。
【０００８】
更に、被加熱物が強磁性体である場合には、被加熱物の貫通磁束により、磁束を遮断しても残留磁気があり、次工程に搬送される被加熱物が周囲機器に磁気的な悪影響を与えることもあった。
【０００９】
この発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、被加熱物の寸法と材質に応じて適切な加熱を行い、被加熱物を均一にかつ急速に昇温して熱処理などの利用に供することができる磁気加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る磁気加熱装置は、被加熱物を鉄損による発熱作用にて所定温度まで加熱し熱処理を行う磁気加熱装置において、積層された電磁鋼板で磁気的に結合され空隙部を有する主鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられた加熱コイル、上記主鉄心の空隙部に補助鉄心を介して配設された被加熱物、上記加熱コイルに交流を印加する電源装置、上記電源装置の発生する電圧および周波数を設定する制御装置、上記加熱コイルに供給される電流を測定する電流検出器、上記被加熱物を貫通する磁束量を検出する磁束検出器、および上記被加熱物の温度を検出する温度検出手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る磁気加熱装置は上記のように構成されているため、種々の磁気的材質の被加熱物を所定温度に急速に均一に加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態1による磁気加熱装置の構成を示す概略図、図２および図３は、図１における空隙部付近の構成を拡大して示す説明図である。
【００１３】
実施の形態１の磁気加熱装置は図１に示すように、Ｌ字状に形成された上部鉄心１と、同様にＬ字状に形成され、上部鉄心１との間に空隙部２０を介して対向配置された下部鉄心２と、上記両鉄心と磁気的に結合するように配置された後部鉄心３とから構成された鉄心構造を有する。
【００１４】
上部鉄心１、下部鉄心２および後部鉄心３はそれぞれ積層された電磁鋼板で作られ、製作上の容易さの点からその断面形状は正方形または長方形とされている。上部鉄心１と下部鉄心２との間の空隙部２０の上部鉄心１側には補助鉄心１４が設けられ、下部鉄心２側には補助鉄心１５が設けられると共に、両補助鉄心１４、１５の間には例えば円柱形状の被加熱物６が置かれ、上部鉄心１、下部鉄心２、後部鉄心３と共に磁気回路を構成している。
【００１５】
上部鉄心１には上コイル４が巻装され、下部鉄心２には下コイル５が巻装され、両コイルは直列接続されてインバータ（図示せず）内蔵の電源装置７に接続され、所定の電圧および周波数の交流が印加されて上部鉄心１および下部鉄心２に磁束を発生するようにされている。
【００１６】
また、上記の磁束は補助鉄心１４、１５を通して被加熱物６を貫通し、被加熱物６の内部で鉄損による発熱作用、すなわち磁気ヒステリシス損失および渦電流損失による発熱を生じ、被加熱物６を加熱して昇温する。
【００１７】
ここで、効率よく磁束を発生させるためには、被加熱物６と上部鉄心１および下部鉄心２との各々の空隙はできる限り小さくする必要がある。また、被加熱物６は一般的に種々の寸法、形状のものが処理されるため、被加熱物６の高さに合わせて上部鉄心１を昇降できるようにするため、上部鉄心１には昇降機構１２が取り付けられている。この昇降機構１２には周知のシリンダ機器が使用される。
【００１８】
一方、被加熱物６は図示しない搬送機構によって、上部鉄心１と下部鉄心２の間の空隙部２０に搬入され、所定温度に加熱された後に再び搬送機構によって搬出されるようになっている。また、上部鉄心１を昇降させるときに後部鉄心３との干渉を防ぐために、後部鉄心３は上部鉄心１から離れる必要があることから、後部鉄心３には水平方向移動用の機構１３が付属されている。この機構１３にもシリンダ機器が使用されている。
【００１９】
ここで、補助鉄心１４、１５がない状態では、上部鉄心１および下部鉄心２から出た磁束Φ１は、図２に示すように、被加熱物６を垂直に貫通せず、特に被加熱物６が炭素鋼のような強磁性体である場合には、磁束Φ１は磁気抵抗の小さい経路、すなわち空隙距離の短い経路を通って被加熱物６に入る。
【００２０】
また、被加熱物６が強磁性体以外の非磁性体のような金属材であっても、上部鉄心１および下部鉄心２の端面の近傍では、上部鉄心１および下部鉄心２から出る漏れ磁束Φ２が被加熱物６の上面および下面のみを通る。上部鉄心１および下部鉄心２は、磁気加熱装置にて処理される種々の被加熱物６の最大の断面積を想定して、通常はその断面積が被加熱物６のそれよりも大きく作られている。そのため、被加熱物６の上面および下面付近では、上述したような均一でない磁束分布が顕著になる傾向が強く、被加熱物６の上面および下面が主に発熱して被加熱物６の中での発熱は均一でなくなる。
【００２１】
実施の形態１の磁気加熱装置では図３(ａ)に示すように、上部鉄心１の下部、および下部鉄心２の上部に各々、補助鉄心１４、１５が配置されている。補助鉄心１４、１５の断面形状は被加熱物６の断面に合わせて形成されており、その断面積も被加熱物６の断面積と同一に形成されている。
【００２２】
また、補助鉄心１４、１５は、被加熱物６と同一の磁気的特性を持つ材質で製作されている。すなわち、被加熱物６が強磁性体である場合には、補助鉄心１４、１５も強磁性体、すなわち鋼材で製作し、被加熱物６が常磁性体のようないわゆる非磁性体である場合には、補助鉄心１４、１５も非磁性体で製作する。なお、非磁性体の場合には強度を高くするためにステンレス鋼(オーステナイト系)で製作するのが望ましい。
【００２３】
これらの補助鉄心１４、１５を配置することにより、補助鉄心１４、１５と被加熱物６との境界面では断面形状と磁気的材質が同じであるため、図３(ａ)に示すように、磁束Φ１は境界面を垂直に通過する。また、上部鉄心１および下部鉄心２の近傍での漏れ磁束は被加熱物６には影響せず、被加熱物６の内部での磁束の不均一はなくなる。そのため、被加熱物６はどの部分においても鉄損による発熱、すなわち磁気ヒステリシスおよび渦電流により均一に発熱するため、均一に昇温させることができる。図３（ｂ）に示す磁気検出器１７については後述する。
【００２４】
補助鉄心１４、１５は主鉄心である上部鉄心１、下部鉄心２に非磁性のボルトなどでそれぞれ結合されている。よって、被加熱物６の上部の補助鉄心１４は上部鉄心１と一体で昇降し、被加熱物６の空隙部２０への搬入、搬出には影響を与えない。また、下部の補助鉄心１５は下部鉄心２と共に固定された状態にあるため、被加熱物６は下部の補助鉄心１５の上に置かれて加熱されてもよいが、被加熱物６による下部の補助鉄心１５への機械的な損傷を避けるため、薄い絶縁板(図示せず)を下部の補助鉄心１５の上に置くようにしている。
【００２５】
また、補助鉄心１４、１５は被加熱物６と同様の発熱作用を受けるために、図４に示すように、内部に冷却パイプ１８を通して水で冷却し、昇温を最小限に抑え、繰り返して使用できるようにしている。
【００２６】
補助鉄心１４、１５は被加熱物６の磁気的材質、形状に対応して個別に製作されるので、被加熱物６の種類変更時には補助鉄心１４、１５も取り替えることになる。
【００２７】
図２および図３では被加熱物６の断面積が上部鉄心１および下部鉄心２よりも小さい場合を示したが、仮に被加熱物６の断面積が上部鉄心１および下部鉄心２よりも大きい場合には、図５に示すように、補助鉄心１４、１５を被加熱物６の断面形状に合わせて作って配置することは云うまでもない。
【００２８】
また、図６に示すように、被加熱物６の上端面と下端面の径が異なる場合には、補助鉄心１４、１５をそれぞれ被加熱物６の上端面および下端面の断面形状に合わせた形状で製作して配置することにより、補助鉄心１４、１５から入る磁束Φ１が被加熱物６に平行に入るようにする。従って、被加熱物６は上端と下端とで径の差があっても均一に昇温させることができる。
【００２９】
ここで実施の形態１による磁気加熱装置の加熱動作について説明する。図１に示す制御装置８には、あらかじめ被加熱物６の寸法、磁気的な材質(強磁性体、常磁性体、その他の金属材を区分する種類)、所定の加熱目標温度が入力されている。磁気加熱装置の起動時には制御装置８にて、被加熱物６の形状、材質に合わせて上コイル４および下コイル５に印加する交流の周波数および電圧を以下のような判断過程で決定する。
【００３０】
（１）上部鉄心１、下部鉄心２、後部鉄心３および補助鉄心１４、１５で計算される全鉄心の磁気抵抗に、被加熱物６の予想される磁気抵抗を加えて、磁気回路の全磁気抵抗が計算される。実際には上部鉄心１、下部鉄心２、後部鉄心３の磁路長が大半を占めるため、この計算では補助鉄心１４、１５および被加熱物６は考慮しなくても大きな影響はない。
【００３１】
周波数は５０〜100Hzの間を基準として、上述の全磁気抵抗から求めた上コイル４、下コイル５のインピーダンス(周波数、磁気抵抗、コイルの巻数で決まる)と、電源装置７の発生できる定格電圧および定格電流に近づくように適正な周波数、電圧が決定される。
周波数の基準を５０〜100Hzとするのは、インバータとして使用される汎用タイプのものが出力できる一般的な周波数(最大400Hz)とし、上下の周波数の範囲に調整のための余裕代を見ているためである。
【００３２】
（２）起動時の電圧は低く設定される。これは、起動時に上コイル４、下コイル５に大きな電流が流れることによる電源装置７の過電流トリップを防ぐためである。加熱装置の起動後に電流検出器１１により上コイル４、下コイル５に流れる電流を計測して制御装置８に入力し、電源装置７の許容電流との差を計算して電圧の増減度合いを決定し、電源装置７に電圧を指令する。被加熱物６の温度上昇と共に、その抵抗率や比透磁率が変化し、磁気抵抗も若干変化するため、上記の電流は変化していき、電圧は上記の判断過程で常時変更される。
【００３３】
設定された周波数、電圧は制御装置８から電源装置７に指令されて、上コイル４、下コイル５に所定の交流が印加される。被加熱物６の温度は温度計１０にて常時計測されている。また、被加熱物６の周囲に配置された環状の磁束検出器１７により被加熱物６を貫通する磁束を計測する。
【００３４】
磁束検出器１７は環状の導電体で、環状導電体に発生する電圧はその内部を貫通する磁束に比例するという原理を用いて、導電体の両端に発生した電圧を計測することにより導電体内部に貫通している磁束、すなわち被加熱物６に貫通している磁束を計算することができる。また、被加熱物６の断面積が分かっていれば被加熱物６の磁束密度を計算することができる。
【００３５】
磁気加熱装置の起動中は、この磁束検出器１７の発生電圧が常時、制御装置８に入力され、制御装置８で計算された被加熱物６の磁束密度により、以下の判断と指令が自動的に行なわれる。
【００３６】
（１） 被加熱物６が強磁性体(鉄、コバルト、ニッケルなど)である場合：
磁束密度が被加熱物６の飽和磁束密度を超えると磁気ヒステリシスによる発熱が著しく減少するため、飽和磁束密度より小さい磁束密度で加熱される必要がある。
上部鉄心１および下部鉄心２の磁束密度は電源装置７から印加される電圧および周波数でほぼ決定され、これは被加熱物６の貫通磁束も決定する。従って、被加熱物６の磁束密度は、予想できる飽和磁束密度(約1.0テスラ)を超えない範囲で可能な限り高い値になるように電圧、周波数が設定される。なお、磁束密度は、供給される電源の電圧にほぼ比例し、周波数にほぼ反比例する。
【００３７】
（２） 被加熱物６が常磁性体(アルミなど)である場合：
強磁性体に比べて磁化率が著しく小さいため、渦電流による発熱の割合が大きく、磁気ヒステリシスによる発熱は小さい。従って、可能な限り高い磁束密度を発生できるように低い周波数、高い電圧が要求される。
【００３８】
ただし、以下の式（１）で計算される渦電流の浸透深さは被加熱物６の径の1/3から1/7が一般に適当とされているため、供給できる下限の周波数がある。従って、被加熱物６の怪に応じて下限の周波数よりも高い周波数が設定される。なお、以下の式（１）に示す被加熱物の抵抗率は、あらかじめ制御装置８に被加熱物６の情報として入力されている必要がある。
【００３９】
【数１】
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【００４０】
（３） 被加熱物６が上記以外の金属である場合:
磁性をほとんど有しないため、渦電流による発熱の割合が大半を占める。常磁性体と同様に、渦電流の浸透深さが適切な値になるように周波数が設定される。上記（２）と同じく、式（１）に示す被加熱物６の抵抗率はあらかじめ制御装置８に被加熱物６の情報として入力しておく必要がある。
【００４１】
被加熱物６は温度上昇と共にその抵抗率が増大し、比透磁率も変化するため、鉄心と合わせた磁気抵抗も若干変化し、周波数、電圧が一定であっても磁束密度は随時変化していくが、磁束検出器１７により被加熱物６の磁束密度が常時計測され、上述の判断過程により磁束密度が常に最適値になるように周波数、電圧が調整される。
【００４２】
これらの電圧および周波数決定の制御ブロックを図７に示す。すなわち制御装置８にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの各情報が入力される。Ａは被加熱物６に関する情報であり、被加熱物の寸法、質量、材質、加熱目標温度および抵抗率が入力される。
【００４３】
Ｂは上コイル４と下コイル５の巻数および鉄心の磁気抵抗に関する情報であり、これらの情報にもとづいてＦで回路インピーダンスの計算が行なわれる。
Ｃは電流検出器１１の計測結果である。また、Ｄは磁束検出器１７の計測結果であり、この結果にもとづいてＧで被加熱物６の磁束密度が計算される。
【００４４】
Ｅは温度計１０の計測結果であり、被加熱物６が強磁性体である場合には、この結果にもとづいてＨで磁気変態点以上かどうかの判定が行なわれる。
上述した各情報にもとづいてＪで電源装置７から供給される交流の電圧と周波数が計算されると共に、温度計１０からの計測結果に対応して加熱終了の判断が行なわれ、Ｋで電源装置７に指令される。
【００４５】
図６に示すような上端と下端とで径に差がある被加熱物６においては、磁束検出器１７は径の小さい部分に対応するように配置される。径の大きい部分に比べて磁束密度が高くなる径の小さい部分を監視することにより、上述した磁束密度による判断が的確に行なわれる。また、磁束検出器１７は上部鉄心１および上部の補助鉄心１４に対して図示しないブラケットなどを介して結合されているため、上部鉄心１の昇降時に同時に昇降し、被加熱物６とは干渉しないようになっている。
【００４６】
また、温度計１０の計測信号により、被加熱物６の温度が所定の値に達したことを判断して電源装置７が停止されるようになっている。
【００４７】
なお、図１の例では、上コイル４、下コイル５の接続は直列としているが、これは電源装置７に対して並列接続としても上記と同様の効果を期待することができる。この場合、上コイル４および下コイル５を同一の巻数として製作すれば、各々のインピーダンスがほぼ等しくなり流れる電流もほぼ同じになるため、電流検出器１１は上コイル４、下コイル５のいずれか一方に付けるだけでよくなる。
【００４８】
実施の形態１は上記のように構成されているため、補助鉄心１４、１５の効果によって被加熱物６を均一に昇温することができ、また被加熱物６の磁気的材質に応じて最適の周波数と電圧を供給でき、さらに、被加熱物６の磁束密度が常時監視されているため、被加熱物６の磁気的な材質にかかわらず、磁束密度が飽和することなく可能な最大の電圧と電流を供給することができて、所定の温度まで急速に昇温することができる。
【００４９】
実施の形態２.
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図８は、実施の形態２による磁気加熱装置の電源停止時における電圧の設定パターンを示すものであり、被加熱物として強磁性体を処理する場合を対象としたものである。
【００５０】
強磁性体は、図９に示すような磁気ヒステリシス曲線を持つため、被加熱物６を加熱している間に上コイル４、下コイル５に供給する電源を遮断すると、残留磁束密度(残留磁気)がある。磁束密度は供給する電圧にほぼ比例するため、供給する電圧が小さくなればこの磁気ヒステリシス曲線は小さくなり、残留磁束密度も小さくなる。
【００５１】
実施の形態２は、図８に示すように、電源装置の停止指令後に制御装置８からの指令に基づき、電圧が時間とともに減少してゼロになるような設定パターンとするものである。
磁束密度は供給される電圧にほぼ比例するため、上記のように電圧を減少させるようにすれば、被加熱物の磁束密度は減少し、図９に示す磁気ヒステリシス曲線も小さくなり、被加熱物６の残留磁束密度をほぼゼロにすることができる。
【００５２】
実施の形態２は上記のように構成されているため、磁気加熱装置の停止時における強磁性体である被加熱物６の残留磁気を低減させることができる。
【００５３】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図１０は、実施の形態３による磁気加熱装置の周波数の設定パターンを示すものである。強磁性体である被加熱物６を、磁気変態点(約７７０℃)以下で加熱する場合には、磁気変態点以上で磁性が消滅するため、磁気ヒステリシスによる発熱がなくなり、渦電流による発熱のみとなる。
【００５４】
また、磁性が消滅すると式（１）における比透磁率μｓはほぼ１になるため、渦電流の浸透深さが著しく大きくなり、この値が被加熱物の径に比して大きくなれば加熱効率の低下を招く。上述のように渦電流の浸透深さは被加熱物の径の1/3から1/7が望ましいが、このように浸透深さを小さくするためには周波数を高くする必要がある。
【００５５】
実施の形態３はこれに対応するため、温度計１０からの計測結果に基づき、被加熱物６の温度が磁気変態点以下の領域では制御装置８によって所定の周波数を指令し、被加熱物６の温度が磁気変態点に達すれば周波数を大きくするようにしたものである。
【００５６】
例えば、被加熱物６の径が100ｍｍ程度であれば、磁気変態点以下の周波数を100Hz程度とし、磁気変態点以上では300〜400Hz程度に設定する。
この300〜400Hzの周波数の範囲では式（１）で計算される渦電流の浸透深さは約25〜30ｍｍとなる。
【００５７】
実施の形態３は以上のように構成されているため、被加熱物６を磁気変態点以上に加熱する場合でも、効率よく加熱することができる。
【００５８】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図１１（ａ）は実施の形態４による磁気加熱装置の炭素含有量と加熱目標温度との関係図を示すもので、例えば溶接工程(図示せず)の前の予熱として強磁性体である被加熱物を加熱処理する場合を想定している。
【００５９】
強磁性体の材料、特に炭素鋼の溶接工程においては、溶接された箇所はそれ以外の箇所に比べて、熱影響のため硬度が高くなる。すなわち材料内で硬度差ができるため、溶接後の温度低下時に割れが発生しやすい。従って、溶接工程前に被加熱物を予熱することが行なわれている。
【００６０】
ここで、被加熱物として炭素鋼を溶接工程のような高温に加熱した後の冷却過程において、炭素鋼の炭素含有量とマルテンサイト変態開始温度には図１１（ａ）に示すような関係が一般にあり(社団法人日本熱処理技術協会発行「熱処理ガイドブック」参照)、炭素含有量が大きいほどマルテンサイト変態開始温度が低くなる。
【００６１】
冷却過程においてこのマルテンサイト変態開始温度から低い常温まで徐冷することが、被加熱物の割れを防止する手段として一般に認められている。従って、溶接工程において被加熱物をこのマルテンサイト変態開始温度に加熱しておけば、マルテンサイト変態開始温度の近くから常温まで急激に冷やすことなく徐冷することができる。
【００６２】
実施の形態４は、被加熱物の炭素含有量に応じたマルテンサイト変態開始温度まで被加熱物を予熱した後、溶接工程に進むようにしたものである。
【００６３】
磁気加熱装置においては被加熱物６が強磁性体である場合には、制御装置８に被加熱物６の炭素含有量も同時にあらかじめ入力されている。炭素含有量と加熱目標温度は図１１(a)に示すような関係をもって制御装置８に設定されているため、図１１(b)に示すように、炭素含有量に応じたマルテンサイト変態開始温度が算出され、それが加熱目標温度として設定される。
【００６４】
磁気加熱装置が被加熱物６の加熱を開始した後に、温度計１０の計測信号が上記の加熱目標温度に達すると、制御装置８の判断によって加熱が終了される。この温度設定により炭素鋼である被加熱物は所定の温度に加熱された後に溶接工程(図示せず)に搬送されるため、溶接後においても割れの不具合を軽減することができる。
【００６５】
上記の例では被加熱物の炭素含有量を例として挙げたが、マンガン、ニッケル、コバルトなどの成分を含む合金鋼においても炭素鋼と同様に、合金含有量が多いほどマルテンサイト変態開始温度が低くなるため、あらかじめ合金含有量に応じて加熱目標温度を決めておくことにより、溶接後における割れの不具合を軽減することができる。
【００６６】
上記の説明では、磁気加熱装置を溶接工程の予熱手段として使用する例を示したが、溶接工程の後熱手段として使用する場合にも、マルテンサイト変態開始温度の近くから常温まで被加熱物を急激に冷やすことなく徐冷することができ、予熱の場合と同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】この発明の実施の形態１による磁気加熱装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１における空隙部付近の構成を拡大して示す説明図である。
【図３】図１における空隙部付近の構成を拡大して示す説明図である。
【図４】図１における補助鉄心の冷却構造を示す概略図である。
【図５】被加熱物の断面積が異なる場合の状況を示す説明図である。
【図６】被加熱物の断面積が異なる場合の状況を示す説明図である。
【図７】電源装置の電圧および周波数を決定するための過程を示す制御ブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態２における電圧設定パターンを示す図である。
【図９】磁気ヒステリシス曲線を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態３における周波数設定パターンを示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態４における炭素含有量と加熱目標温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  上部鉄心、  ２  下部鉄心、  ３  後部鉄心、  ４  上コイル、  ５  下コイル、
６  被加熱物、  ７  電源装置、  ８  制御装置、  １０  温度計、
１１  電流検出器、  １２  昇降機構、  １３  移動機構、  １４、１５  補助鉄心、  １７磁束検出器、    １８  冷却パイプ、  ２０  空隙部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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